确定转炉最佳耳轴位置新方法概述

运用Solidworks、Excel软件确定耳轴最佳位置
汪峡蛟廖辉
江苏永钢集团有限公司江苏张家港 215600
摘要：耳轴最佳位置的确定首先是选取一个参考耳轴位置，计算新老炉的空炉重量、重心和空炉力矩，新老炉炉型在不同的倾动角度下的炉液重量、重心和炉液力矩，新老炉炉型摩擦力矩及新老炉在不同角度下的合成倾动力矩，从而对参考耳轴位置进行修正最后得出最佳耳轴位置。

本文主要以50T氧气顶吹转炉为例子，运用Solidworks模拟钢水出钢确定不同位置钢水的重心，再运用Excel 计算出不同位置时转炉的各个力矩从而确定耳轴的最佳位置。

通过对各种软件的综合运用可以大大简化设计过程，提高设计精度。

关键词: 耳轴位置、重心、力矩、Solidworks、Excel
Abstract:Determine the best location for the first trunnion is to select a reference trunnion position, calculate the new and old furnace air furnace weight, center of gravity and air furnace moment, the old and new furnace furnace furnace liquid weight at different tilting angles, focus and furnaces fluid moment, the old and new furnace furnace friction torque and synthesis of old and new furnace tilting Moment at different angles, so that the reference position is corrected trunnion trunnion final optimum position. This paper mainly 50T BOF for example, the use of Solidworks simulation of molten steel in different locations to determine the center of gravity of molten steel, then use Excel to calculate the optimum position of each torque converter in different locations to determine the trunnion. Through the integrated use of various software can greatly simplify the design process and improve design accuracy.
Keywords: trunnion position, center of gravity, torque, Solidworks, Excel
一、引言
转炉倾动力矩通常需作两次运算。

第一次为了确定耳轴最佳位置，对预选的耳轴位置进行的倾动力矩计算；第二次是最佳耳轴确定后，对确定的耳轴位置进行倾动力矩计算。

由第二次计算所得到的倾动力矩值才是倾动机械及其驱动功率选择的基本依据。

转炉倾动力矩的计算，目的在于正确选定耳轴位置，并作为倾动机械设计的基本载荷参数，使设计的倾动机械既能保证转炉正常安全生产又能达到经济合理。

二、正文
1、倾动力矩简述
倾动力矩，由三部分组成：
m ye k M M M M ++=
式中 k M ---炉壳和炉衬重量引起的力矩，称空炉力矩。

在倾动过程中，空炉的中心与耳轴中心的距离保持不变，所以空炉力矩k M 是倾转角正弦函数。

ye M ---炉内铁水和炉渣引起的力矩，称炉液力矩。

在倾动过程中，液体中心位置的变化的，所以液体力矩M 是倾转角度得函数。

m M ---转炉耳轴上的摩擦力矩。

倾动过程中，摩擦力矩基本上是不变的，摩擦力矩的方向始终相反。

2、倾动力矩计算公式
（1）m y k M M M M ++=
k M ---炉壳和炉衬重量引起的力矩，称空炉力矩。

ye M ---炉内铁水和炉渣引起的力矩，称炉液力矩。

m M ---转炉耳轴上的摩擦力矩。

（2）空炉力矩计算公式：
)sin(k k k k r G M ϕα+∙∙=
k G ———空炉重量（KN ）
k r ———空炉重心至给定耳轴中心L 的距离（m ）
H ———预先给定耳轴中心L 的z 的坐标轴（m ）
k ϕ———k r 与z 轴的夹角（ ），
)(1k k k z H x tg -∙=-ϕ k k x z ,———空炉合成重心z 、x 的坐标（m ）
α———倾动角度（。

）
（3）炉液力矩计算公式：
()[]ααcos sin Y Y Y Y x z H G M --∙=
Y G ———炉液重量（KN ）
α———倾动角度（。

）
H ———预先给定耳轴中心L 的z 的坐标轴（m ）
Y Y x z ,———炉液合成重心z 、x 的坐标（m ）
（4）摩擦力矩计算公式：
2/)G G (ud G G M y k m ∙+++=悬托
k G ———空炉重量（KN ）
Y G ———炉液重量（KN ）
托G ———拖圈及附件重量（KN ）
G———悬挂减速器的重量
悬
3、运用Solidworks确定新老炉重量和重心位置
新炉为转炉的工作层和填充层在没有被钢水侵蚀的状态，老炉为转炉的工作层和填充层被钢水侵蚀到极限位置时的状态。

（1）用Solidworks分别建立新、老炉的炉壳、永久层、工作层及填充层等实体，同时做出钢液的立体图并分别定义材料的属性。

（2）分别装配出新炉、老炉。

（3）在Solidworks软件界面上点击“工具”——“质量特性”直接计算出密度、质量、体积及重心坐标。

（4）以50T转炉炉型内腔尺寸为依据用Solidworks建立新炉模型，在模型中间插入一个平面，自定义出平面和X轴所在平面的夹角α、平面与出钢口所在平面的交线到X轴所在平面的距离H。

以插入平面为基准切除模型上半部分，保留模型下半部分模拟转炉中的钢水。

改变α和H值的大小，点击界面上“评估”-“质量属性”按钮，定义钢水密度为78000千克每立方米，当所显示的质量为理论钢水重量时记录下此时钢水所在位置的重心即X、Y、Z的值。

以上述同样的方法计算出转炉中钢渣的重心位置。

三维建模见附录图一.
（5）运用Excel计算转炉倾动力矩
以转炉的倾动角度和转炉倾动时钢水、钢渣的位置重心为变量，将转换好转炉的倾动力矩的计算公式、最佳耳轴修正值计算公式的编码输入到Excel表格中，即可快速直观的获得最佳耳轴位置的值。

具体计算结果见附录中表一、表二和图二。

三、结论
现如今各种设计软件的功能不断提高和完善，在设计过程借助软件强大的计算和仿真能力已经成为设计过程中的必要手段。

设计软件在各种创新和发明中正越来越扮演着无可替代的作用。

在氧气顶吹转炉设备的设计过程中借助Solidworks强大的三维建模功能和Excel 强大的数据处理能力，使整个计算强度大大减小，计算难度大大减弱。

在提高设计精准度的同时还使抽象的设计过程变得更加直观具体。

四、参考文献
[1] 曹如主编.Solidworks2009三维设计及应用教程第二版北京：机械工业出版社，2009.9.
[2] 许立忠，周玉林主编.机械设计：中国标准出版社，2009（2010.7重印）.
[3] 谭牧田主编.氧气转炉炼钢设备.北京：机械工业出版社，1983年7月.
五、附录
图一
表二。